水冷系统自动投切控制设计.docx
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水冷系统自动投切控制设计
一、设计概况
水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热,其工作的可靠性非常重要。
一旦出现故障停止运行,需散热的大功率元器件将很快烧毁,对生产影响极大,一般采用两台水泵一台运行,另一台备用,实现自动投切。
水冷系统是利用水的比热容比较大,流动的水可以更快、更好带走热量设计出来的,它的降温效果明显、噪音低等特点,在电力、冶金、化工、计算机等领域有广泛应用。
但是,水冷系统在具有极大优势的同时,造成设备对水冷系统依赖更高,不允许水冷系统因故障而造成设备温升过高等一系列问题。
关键字:
水冷系统、自动、投切
二、设计任务及要求
2.1设计任务
水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热,其工作的可靠性非常重要。
一旦出现故障停止运行,需散热的大功率元器件将很快烧毁,对生产影响极大,一般采用两面三刀台水泵一台运行,另一台备用,实现自动投切,工作过程如下:
起动一台水泵电机,该水泵运行信号指示灯亮,另一台水泵备用信号指示灯亮,表示可以随时投入运行,当正在运转的水泵电机因过载、缺相等原因停止运行时,备用水泵电机立即起动,自动投入运行(即自动投切)。
2.2设计要求
1、两台水泵电机型号为Y132S2-2,额定功率7.5KW。
2、两台电机均为全压启动,单方向旋转。
3、一台电机过载、缺相等原因停转时,另一台电机立即自动投入运行,两台电机任意互相备用。
4、有总停控制和必要的短路、过载保护。
5、每台水泵有运行信号指示灯和备用运行指示灯。
6、控制电压380V。
7、绘制电气原理图(A2图幅)、PLC外围接线图(A3图幅)。
8、编写PLC控制程序。
9、制作电气控制板。
10、按照设计指导书要求的控制功能。
11、制作安装电动机主电路、控制电路和指示电路。
12、完成设计说明书。
三、方案确定
本次设计采用继电器与PLC两种控制方式。
其中,继电器控制方式采用硬件接线实现,是利用继电器机械触点的串联或并联组合形成控制逻辑,只能完成既定的逻辑控制。
工程造价低,但后期需要维护设备,也不利于控制系统功能扩展。
而 PLC控制方式采用存储逻辑,要改变控制功能,只需要改变程序即可,被称为软接线。
响应速度快,无抖动,工作性能可靠。
四、主电路设计
主电路由L1、L2、L3经空气开关引入电源,对系统供电。
两台电动机可同时运行,分别在三相电源引线,接入熔断器FU避免电机发生短路故障烧毁电机。
再经过交流接触器KM1、KM2常开触点,以便控制电路控制电机运行、自动投切。
最后经过热继电器连接电动机,作为电动机的过载保护和缺相保护。
两台电动机机壳接地,避免电机内部故障使机壳带电,给工作和维护人员带来危险。
图1水冷系统自动投切控制主电路设计图
五、辅助电路设计
5.1辅助电路供电设计
辅助电路由L2、L3处引线为电路供电,旋动旋钮SA可使辅助电路一直处于通电状态,反方向再次旋转旋钮SA可使得辅助电路断电,主电路电机断电停止运行。
5.2备用指示灯设计
通电时一号电动机备用指示信号灯HL3、二号电动机备用指示信号灯HL4处于常亮状态,显示电动机处于备用状态。
5.3启动及电动机运行指示灯设计
按下按钮SB1,KM1线圈得电KM1常开触点闭合。
这时,KM1常开触点闭合SB1自锁,一号电动机运行同时HL1一号电动机运行信号指示灯得电处于常亮状态;KM1常闭触点断开,一号电动机备用指示信号灯HL3断电熄灭。
此时二号电动机备用信号指示灯仍然处于常亮状态。
5.4故障保护设计
当辅助电路发生短路故障时熔断器FU3熔断保护电路;当一号电机电路发生缺相、过载故障时,热继电FR1动作。
FR1常闭触点断开,KM1线圈断电常开触点断开,一号电动机电源切断停止运行的同时,一号电动机运行信号指示灯熄灭。
5.4.1中间继电器的引入
热继电器只有一个常开触点和一个常闭触点。
但热继电器既需要切断一号电机电源,又要使二号电动机工作,还要使一号电机运行指示灯熄灭。
所以FR1常开触点后增加中间继电器KA1线圈,相同的原因FR2后增加KA2线圈。
5.4.2中间继电器设计
FR1常开触点闭合,KA1中间继电器线圈得电。
KA1常开触点触点闭合,KM2线圈得电。
KM2常开触点闭合,二号电动机工作同时二号电动机运行信号指示灯HL2亮;KM2常闭触点断开,二号电动机备用信号指示灯熄灭。
KA1常闭触点断开HL3一号电动机备用信号指示灯熄灭。
方便工作人员返现故障,检修线路。
5.5互备设计
二号电动机的启动采用了与一号电动机相同原理,其故障保护、信号指示灯原理也与一号电动机如出一辙。
不仅使两台电动机可一台运行一台备用发生故障时自动投切,也可使两台电动机同时运行。
图2水冷系统自动投切控制辅助电路设计
六、电控板的安装调试
6.1 电气控制板的安装依据
在电控板安装之前,根据水冷系统自动投切设计原理图,我组选择了合适的元器件,选择了一块合适大小的电控板,并列出了元器件清单表。
图3水冷系统自动投切设计原理图
6.2元器件选择安装依据
代号
名称
型号
数量
备注
QF
空气开关
DZ47-60
1
三极
FU1、FU2
FU3
熔断器
DZ47-60
3
一个单极
两个三极
KM1、KM2
交流接触器
CJX2-0910
2
380V、50HZ线圈
辅助触头
F4-22
2
KA1、KA2
中间继电器
JZX-22F
2
M1、M2
电动机
Y132-S-2
2
FR1、FR2
热继电器
JR20-63
2
SA
旋钮
LA23-X
1
SB1、SB2
按钮
LAY37
2
绿色
HL1、HL2
HL3、HL4
指示灯
AD16-22DS
4
2个绿色
2个黄色
表1元器件清单
6.3电气控制面板元器件布置依据
根据选择的板材和元器件,我组绘制了电气控制面板元件布置图,便于安装过程中元件的安装布置,合理排线。
图4水冷系统自动投切设计元件布置图
6.4电气控制面板实物图
图5水冷系统自动投切设计电气控制面板实物接线图
七、PLC控制系统设计
7.1 I/O分析
根据控制要求进行I/O分析,得出结论PLC需要5个输入、6个输出。
输入
输出
总停
一号电机
一号电机启动
二号电机
二号电机启动
一号电机运行灯
一号电机热继电器
二号电机运行灯
二号电机热继电器
一号电机备用灯
二号电机备用灯
表2I/O分析表
7.2PLC选型
根据I/O分析得出结论PLC机型需要5个输入、6个输出,CPM1A-20CDR-A机型PLC有输入点12点,输出点8点。
故可以选取CPM1A-20CDR-A型PLC。
但考虑到实验室器材限制,我组选定了点数更多的CPM1A-30CDR-A型PLC。
更能足够的满足设备后期改进及其功能扩展的需要。
CPM1A-30CDR-A机型PLC有输入点18点,输出点12点。
7.3I/O分配
对于CPM1A-30CDR-A机型PLC的18点输入点和12点输出点,我组选用了几个输入点和输出点并分配了各点的功能要求。
0CH
功能
10CH
功能
00
停止
00
一号电机
01
启动一号电机
01
二号电机
02
启动二号电机
02
一号电机运行指示灯
03
一号电机热继电器
03
二号电机运行指示灯
04
二号电机热继电器
04
一号电机备用指示灯
05
二号电机备用指示灯
表3I/O分配表
7.4PLC外围接线图
CPM1A-30CDR-A机型PLC可以直接采用AC220V供电,电源与机器COM端相连,对应输入点经过按钮和继电器的触点接到电源。
输出侧接交流接触器线圈和信号灯等负载。
具体如图所示。
图6水冷系统自动投切PLC外围接线设计
7.5程序设计
通过计算机上CX-Programer创建新的文件,选择CPM1A-30机型根据题目要求设计了PLC程序。
方框图如图7所示
图7水冷系统自动投切PLC设计梯形图
7.6程序调试
将PLC程序写入PLC后,运行程序两台电机备用信号指示灯亮;按下001一号电机启动,一号电机运行信号指示灯亮,二号电机备用信号指示灯亮;按下003模拟FR1热继电器动作,一号电机停止工作,二号电机投入工作,只有二号电机运行指示灯亮;如果先按下002启动二号电机,二号电机运行指示灯亮,一号电机备用指示灯亮;按下004模拟FR2热继电器动作,二号电机停止工作,一号电机投入工作,只有一号电机运行信号指示灯亮。
这样两台电机可以任意互相备用,其中一台故障,经工作人员维修后把对应热继电器复位使故障电机再次处于备用状态。
先按下SB1一号电机启动二号电机备用
也可以先按下SB2二号电机启动一号电机备用
一号电机故障断开二号电机启动
二号电机故障断开一号电机启动
八、结论
在两位老师的悉心指导下,我们完成了设计的原理图以及电气控制板的安装调试,修正了设计方案,制作完成了电气控制面板,大大增强了我们的动手能力。
理论与实践结合的过程让我们学会了温故而知新。
通过此次课程设计,我们对这门课程有了更深入的了解,对各种器件有了更加全面的认识了解,掌握了器件检测使用方法。
学会了合理设计安装电气控制板。
学会了PLC设计及使用方法,初步掌握了PLC功能,为进一步深入学习电气控制技术打下了基础。
九、参考文献
[1]李海军、刘宇、王威.电气控制技术课程设计指导书[M].呼和浩特:
内蒙古农业大学印制中心,2009.
[2]程周.电气控制与PLC原理及应用(欧姆龙机型)[M].北京:
电子工业出版社,2012.
[3]刘龙江.机床电气控制技术[M].北京:
北京理工大学出版社,2010.
[4]董海棠、周志文.电气控制及PLC应用技术[M].北京:
人民邮电出版社,2013.
[5]丁学文.电气控制与工程实习指南[M].北京:
机械工业出版社,2008.
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